CN100434995C - 透反射型lcd显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及包括部分反射镜(224)作为透反射器的透反射型LCD。在透射显示模式中，来自背光系统(9240)的光通过透反射器(224)中的孔径(226)。依照本发明，通过实际上只偏振通过孔径的光，改善光到背光系统(240)的再循环。这是通过组成图案的偏振器(222)在部分反射镜中的孔径上扩展而实现的。

Description

透反射型LCD显示设备
技术领域
本发明涉及透反射型(transflective)液晶显示(器)(LCD)设备。
背景技术
液晶显示器(LCD)被越来越多地用于计算机监视器、电视机、手持式设备等设备中。对于移动应用来说，由于其低功耗、可靠性以及低价格，LCD已经变成了标准显示设备。
LCD的操作基于液晶(LC)材料的有源层(active layer)中的光调制。通过改变电场，改变有源层的光调制，并且修改通过LC层的光的特性。通常，有源层修改通过光的偏振的状态。
显示单元通常被夹在两个基片之间，前基片在观看者一侧，而后基片在背光一侧。诸如偏振器的光学元件被附加到所述基片的外表面或者交替地在显示单元内提供。
LCD通常可操作在两种模式(即，透射模式和反射模式)之一或操作在这两种模式中。在透射型LCD中，有源层调制从通常被安排为与后基片相邻的背光系统始发的光。透射型LCD通常具有好的对比度，但是当用于外部环境中时，显示器实际上变得不可读。
反射型LCD中的有源层调制撞击在显示器上的环境光。反射型LCD依赖于用于朝向观看者反向反射调制的环境光的反射器。因而，在反射模式中，环境光一般通过有源层两次。反射器一般以与后基片相邻或在后基片上的反射镜的形式来提供。但是，如果环境光不足，则反射型LCD难以读取。
因此，移动设备可以包括所谓的透反射型LCD，其同时操作在透射模式和反射模式中。这具有的优势是：显示器在亮或暗的环境光条件下都是可使用的。在后一情况下，来自背光系统的光被用于观看显示器。
普通类型的透反射型LCD包括基于部分反射镜的反射器。部分反射镜用于反射环境光，同时使始发自背发系统的光通过。在设计部分反射镜时，一般必须在反射模式和透射模式中在显示器的充分性能之间进行折衷。通常使用类型的部分反射镜是基于配备有用于使来自背光系统的光通过的孔径的反射层。
由于相对小的孔径尺寸，传统的透反射型LCD在透射模式中的光效率固有地是相当差的。通常，为了在透射模式中具有足够的显示性能，需要具有相对高辐射强度的背光。但是，这在移动设备中是不符合要求的，这是因为如此亮的背光具有固有的高功耗和缩短的寿命。
发明内容
本发明的一个目的是提供具有增加的背光效率的改进的透反射型LCD设备。
这个目的利用依照独立权利要求1中所规定的本发明的透反射型LCD设备来实现。在从属权利要求中阐明进一步有利的实施例。
依照本发明，组成图案的偏振器(patterned polarizer)被安排在透反射型LCD设备的有源层和背光系统之间，所述组成图案的偏振器基本上在所述部分反射镜的所述孔径的区域上扩展。
公知的LCD具有设置在显示器的背光侧上的线性偏振箔片，该箔片通常设置在后基片的外侧上。除了在显示单元中反射环境光之外，部分反射镜还反射由背光系统发出的光的一部分，以使未通过孔径的背光被再循环并重新进入背光系统的光波(制)导。
但是，发明者认识到，在现有技术的设备中，这个再循环是特别无效的，原因是正在被再循环的光在背光侧上通过线性偏振器两次。再循环光的相对大的部分在偏振器中被吸收，并因此被丢失。
本发明的组成图案的偏振器实质上在所述部分反射镜的所述孔径的区域上扩展，并且释放所述部分反射镜的反射部分。在这样的情况中，利用部分反射镜进行的背光再循环更为有效，因为减少了在偏振箔片中丢失的部分。因而，能够再循环和重新利用更大的部分，以致于背光系统能够在较低强度上发射光，同时在透射模式中保持LCD设备的相同亮度。或者，背光系统能够以相同强度发射光，同时增加LCD设备在透射模式中的亮度。
为了最大的有益效果，首选将组成图案的偏振器限制在孔径区域内，并且部分反射镜的反射部分基本上不受偏振材料的约束。
组成图案的偏振器可以只是线性偏振器，或者还可包括四分之一波长延迟器(retarder)，以形成圆偏振器。四分之一波长延迟器可以提供为箔片或替代地以组成图案的形式来提供。也有可能组成图案的偏振器是反射型偏振器，诸如胆甾相线性或圆偏振器。但是，当它们反射光时，单独使用它们在反射模式中可能具有不希望有的对比度减少。
附图说明
现在将参考附图进一步阐明本发明的这些和其它方面。
其中：
图1示出了依照现有技术的透反射型LCD设备；
图2示出了依照本发明的透反射型LCD设备的第一实施例；和
图3示出了依照本发明的透反射型LCD设备的第二实施例；
图4示出了依照本发明的透反射型LCD设备的第四实施例；
图5示出了依照本发明的透反射型LCD设备的第五实施例。
在附图中，相同的标号表示相同的元件。
具体实施方式
这些附图仅仅显示了设备的光学配置，诸如滤色器、前基片、后基片、像素电极等的附加元件一般在LCD设备中提供，但为了清楚起见而没有显示出来。
图1中示出了已知的透反射型LCD的单个像素100的光学配置。透反射型LCD的操作基于包括液晶材料的有源层110中的光调制。有源层110被设置在LCD的观看者一侧上光学元件的前栈(stack)130和LCD的相对一侧上光学元件的后栈120之间。背光系统140被设置在后栈120之后，用于发射光，以便在透射模式下运行设备。
在已知的透反射型LCD中，前栈130一般包括设置在前基片135的外侧上的吸收线性偏振器132和延迟器138。后栈120还包括设置在后基片125的外侧上并因而面向背光系统140的吸收线性偏振器122。
后偏振器122的偏振方向安排为垂直于前偏振器132的偏振方向。因而，有源层位于交叉的线性偏振器之间。延迟器138的总延迟加上有源层110中液晶材料的延迟被设置为零或半lambda(λ/2)。
后栈120还包括位于基片125内侧上的部分反射镜124，也就是说，部分反射镜124面向有源层110。下文中，部分反射镜也被称作“透反射器(transflector)”。后栈120还选择地包括利用128表示的四分之一波长延迟器层。
部分反射镜124是基片125上的反射层，带有孔径126，由背光系统140发出的光通过该孔径126能够进入有源层110。因而，透射模式中LCD运行所需的背光是通过透反射器124中的孔径126来提供的。
孔径126通常只包括透反射器124的总表面区域(面积)的大约20-30％，该表面区域的剩余部分是反射型的。因而，由背光系统140发出的光只有相对小的一部分通过了孔径126，并且透反射器124将剩余部分朝向背光系统反向反射。这样的光重新进入背光系统140的光导142，并且能够在不同位置再次从那离开，由此有助于透射模式中另一像素的背光照明。这一处理称为背光再循环。为了进一步改善背光再循环的效率，时常在背光140的顶部放置所谓的偏振反射器。但是，当吸收线性偏振器122设置在透反射器124和背光系统140之间，传统LCD中的背光再循环不是非常有效的。再循环的光通过吸收偏振器122两次，并因而由于吸收而丢失再循环光的相当大的部分。这对于后栈具有四分之一波长延迟器和后栈没有四分之一波长延迟器128都是如此。由于再循环的光在重新进入背光系统140后变得去偏振的事实而增强了效果，因此当再循环光被再次朝向另一像素发射时，它必须再次通过吸收偏振器122。
图2中示出了依照本发明的透反射型LCD的一种实施例。这个透反射型LCD具有改进的后栈220，用于更有效的背光再循环，因此背光系统240发出的更大量的光可以被用于LCD的透射模式操作中。
不是吸收线性偏振器在整个显示表面区域上扩展，而是基本上只在部分反射镜224的孔径226的位置上提供组成图案的的吸收线性偏振器222。
因此，本质上只有通过孔径226的光被线性偏振器222偏振。部分反射镜224的反射部分将剩余光反射回背光系统240，并且因为这个被反射的光不必再通过任何吸收光学元件，所以它基本上被全部再循环到背光系统240。
因而，相比于传统透反射型LCD，增加了再循环光的数量。因此，LCD的透射模式能够显示更高亮度的图像而不必增加背光系统240的功率，或者替代地LCD的透射模式能够以相同亮度级别显示图像，同时能够降低背光系统240的功率。
本发明的更优选的实施例包括图3中示出的后栈320。这个后栈320在背光端包括四分之一波长延迟器328，其基本上只在部分反射镜324中的孔径326内扩展。这个实施例还在有源层310的观看者一端上的前栈中具有四分之一波长延迟器箔片336，这尤其对于反射模式改善了显示性能。
只有通过孔径326的光变得被组成图案的线性偏振器322和四分之一波长延迟器328的组合进行圆偏振，因而圆偏振的光进入有源层，同时再循环的光保持实际上未被偏振，并重新进入背光系统340的光导而没有显著的吸收损失。在部分反射镜324之下，能够实现有效的光再循环，并且对于透反射型LCD的透射模式操作，提供圆偏振的光。
在进一步的实施例中，可以包括组成图案的胆甾(相)偏振器，用于提供圆偏振的光，以替代组成图案的线性偏振器和四分之一波长延迟器的组合。
例如，可以利用能够涂在部分反射镜上的传统UV可聚合液晶材料制造部分反射镜上的组成图案的偏振器。可以通过将部分反射镜自身用作UV辐射步骤中的掩模(mask)而利用这种材料获得组成图案的层。只有通过部分反射镜中的孔径的UV光辐射在该材料上，并因此在孔径内或在其上面直接提供的材料被交叉链接并被聚合。在后续的显影(developing)步骤中，剩余液体材料被去除，并且被聚合并被交叉链接的材料的组成图案层保留。
例如，可以在部分反射镜的一侧上旋转涂覆(spincoat)包括可聚合液晶丙烯酸盐和双色染料的液体材料。接着，从相对一侧利用UV光照射部分反射镜。在显影之后，只有被交叉链接并被聚合的材料保留。因为双色染料分子的存在，被交叉链接并被聚合的材料线性地偏振通过它的光。因而，得到了组成图案的线性偏振器，其只在部分反射镜的孔径上扩展。
如果也如图3所示提供组成图案的的延迟器，特别地构成图案的延迟器，首先必须制造组成图案的偏振器，并且接着需要在组成图案的偏振器的顶部使用校准层。在校准层的顶部，提供具有与期望延迟相匹配的厚度(在这个示例中因而是可见光波长的四分之一的厚度)的可聚合LC丙烯酸脂。接着，进行与组成图案的线性偏振器相类似的辐射步骤。
作为图3中所示配置的替代，在带有部分反射镜的基片上提供连续四分之一波长延迟器层。该延迟器必须设置在部分反射镜之下面。
在图4所示的后栈420的又一实施例中，组成图案的偏振器422和四分之一波长延迟器箔片428被设置在基片425的外面，而不是位于面朝有源层的一侧上。偏振器422是按照部分反射镜424中的孔径426来组成图案的，以便至少在被这些孔径426所覆盖的区域上扩展。优选地，组成图案的偏振器422覆盖比孔径略大的区域。或者，可以利用部分反射镜424的孔径426中的组成图案四分之一波长延迟器代替四分之一波长箔片428。
在图5所示的后栈520的又一实施例中，组成图案的偏振器522被形成为在基片525的外侧上的连续偏振箔片523，在其上面利用在箔片和背光系统之间的又一部分反射镜527定义图案。只有通过该又一部分反射镜527的孔径的光被偏振箔片523偏振，剩余的光被再循环回背光系统。
在图5中，偏振箔片523和四分之一波板极528都设置在两个部分反射镜524和527之间。这些部分反射镜中的孔径彼此对准。对于这些部分反射镜524和527，孔径可以具有相同的大小，或者该又一部分反射镜527中的孔径可以比部分反射镜524中的孔径略大。
作为又一优选实施例，还有可能在部分反射镜的孔径中提供反射型组成图案的偏振器，例如，可以将组成图案的线栅(wire-grid)偏振器与部分反射镜集成在一起。这甚至可以进一步提高背光再循环的效率，因为现在具有操作的线性偏振方向的光不被偏振器吸收，而是从中被反射。这个光进一步有助于背光再循环。但是，这个实施例涉及更复杂的制造，这可能(在价值上)超过背光的进一步增加。
为了进一步改善光再循环效率，可以将组成图案的反射型偏振器与吸收组成图案的偏振器组合在一起。在这样的情况下，需要将组成图案的反射型偏振器放置在吸收偏振器和背光系统之间。
总之，本发明涉及包括部分反射镜作为透反射器的透反射型LCD。在透射显示模式下，来自背光系统的光通过透反射器中的孔径。依照本发明，通过实际上只偏振通过孔径的光，改善光到背光系统的再循环。这是通过组成图案的偏振器在部分反射镜的孔径中扩展而实现的。

Claims (5)

1.一种透反射型液晶显示设备，包括：
-包含有源层(210)的液晶显示单元；
-背光系统(240)，用于所述显示单元的背光照明；
-部分反射镜(224)，用于反射环境光，具有用于使得从背光系统(240)始发的光通过的孔径(226)；和
-偏振装置，在有源层(210)和背光系统(240)之间包含组成图案的偏振器(222)，所述组成图案的偏振器(222)在所述部分反射镜(224)中的所述孔径(226)的区域上扩展，
其特征在于，该组成图案的偏振器被限制在部分反射镜的孔径的区域内。
2.权利要求1的透反射型液晶显示设备，其中该组成图案的偏振器是线性偏振器。
3.权利要求1的透反射型液晶显示设备，其中该偏振装置进一步包括在有源层(210)和背光系统(240)之间的四分之一波长延迟器(328)。
4.权利要求1的透反射型液晶显示设备，其中该部分反射镜用于将光再循环到背光系统。
5.权利要求1的透反射型液晶显示设备，其中该偏振装置包括反射型偏振器。
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